第一種電工 配電理論・配線設計 問20：配電理論・配線設計

風力発電に関する正しい記述を選ぶ問題。正答ウ「風力発電装置は風の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する装置である」が正しい。ア（発電出力の変動が大きい）も正しい記述だが問題の問い方によってはウが最も適切。イ「一般に使用されているプロペラ形風車は垂直軸形風車である」が誤り（プロペラ形は水平軸形）。エ（翼の角度変更で出力調整）は正しい記述（ピッチ制御）。公式正解ウを尊重し、風力発電の基本概念として解説する。

風力発電に関する記述の正誤問題（正答ウ）。各選択肢の正誤検証。ア（風力発電は発電出力の変動が大きい）：正しい記述。風速の3乗に比例する出力特性のため、風速が変わると出力が大幅に変動→系統への悪影響（電圧変動・周波数変動）が課題。出力平滑化には蓄電池・電力系統の調整力が必要。イ（一般に使用されているプロペラ形風車は垂直軸形風車である）：誤り。プロペラ形（ブレード・3翼型が主流）は「水平軸形」風車。垂直軸形はダリウス型・サボニウス型など別構造で、一般的な大型風力発電機はほぼ水平軸プロペラ形。この選択肢は明らかな誤り。ウ（風力発電装置は風の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する装置）：正しい記述。風の持つ運動エネルギー（E=½mv²）をブレードが受けて回転エネルギーに変換→発電機で電気エネルギーに変換。正答ウ。エ（ピッチ制御で出力調整）：正しい記述。現代の大型風力発電機はピッチ制御（翼の迎角調整）で出力を風速によって最適化。公式正解ウを正答として採用するが、出題形式（正しいものを選べ）の場合、ア・ウ・エはいずれも正しく、イが誤り→問い方によっては「誤りを選べ」でイが正答の可能性もあるが公式正解ウを尊重。

【風力発電の技術体系と系統連系要件】風力発電は再生可能エネルギーの主力であり、日本のGX（グリーントランスフォーメーション）政策の柱。第一種電気工事士では発電系統の仕組みと系統連系に関する基礎知識が問われる最新技術領域。

【風力発電装置の変換効率（ベッツ限界）】風の運動エネルギーP=½ρAv³（ρ：空気密度1.225kg/m³、A：ブレード受風面積m²、v：風速m/s）。ベッツ限界（Betz Limit）：理論最大効率=16/27≒59.3%。実際の風車効率は40〜45%程度（現代大型機）。ロータ直径が大きいほど（Aが大きいほど）出力が増加→近年の大型化（陸上：5MW超、洋上：20MW超）の背景。

【風車の種類と制御方式】水平軸形（HAWT）：プロペラ形が代表。大型・高効率・主流。ナセル（発電機格納部）が風向に追従するヨー制御を持つ。垂直軸形（VAWT）：ダリウス型（揚力型）・サボニウス型（抵抗型）。風向に関係なく発電可能→小型・都市型向け。出力制御方式：ストール制御（固定ピッチ）：一定風速以上で自然にストール（失速）して出力制限→構造簡単だが効率低下。ピッチ制御（可変ピッチ）：風速に応じてブレードの迎角を変えて出力を最適化→複雑だが効率・制御性が高い（大型機の主流）。可変速制御（PMSG+インバータ）：発電機回転数を風速に応じて可変→最大エネルギー抽出（MPPT：Maximum Power Point Tracking）。

【系統連系問題と対策】出力変動：蓄電池（BESS）・揚水発電・デマンドレスポンスで平滑化。電圧変動：SVR（自動電圧調整器）・SVC・STATCOMで補償。低電圧ライドスルー（LVRT）：系統事故による電圧低下時も発電継続が義務化（FIT系統連系規程）。洋上風力発電（Offshore Wind）の動向：日本では能代港・北九州等で稼働開始。2040年までに45GW目標（政府GX計画）。HVDC（高圧直流送電）による陸上接続が大規模洋上に必要。電験三種「電力」では風力発電の変換原理・系統連系問題、電験二種では出力変動対策・系統安定性計算が問われる。